d第3章-直读仪表的测量机构解析课件

1、第3章 模拟式直读仪表机电式直读仪表的一般结构原理磁电系测量机构电磁系测量机构电动系测量机构流比计式测量机构模拟式直读仪表概述第1页，共25页。 模拟式直读仪表是指利用电磁装置将电磁能转变为机械能的表计，并且在转换的过程中保持被测量与机械指示有确定的函数关系。第一节 模拟式直读仪表概述一、对指示仪表的一般技术要求1. 基本量测量能确切反映被测量；2.保证足够的准确度；3.指示受外界影响要小；4.有足够的灵敏度对被测电路影响小；5.标尺刻度尽可能均匀减少读数误差；6.足够好的频率特性；7.绝缘及过载能力强；8.运行可靠；9.价格便宜。第2页，共25页。二、指示仪表的误差与准确度级1. 指示“误差

2、”的原因摩擦、刻度不准、安装不当；温度、湿度、外电磁场、频率变化2. 标准条件 规定位置放置( )； 环境温度(205C)； 湿度正常； 除地磁场外无其他外电磁场； 交流电为正弦波规定的频率范围。 仪表在标准条件下的误差。它是由仪表本身的不完善造成的。3. 基本误差第3页，共25页。准确度级a：引用误差：仪表示值的绝对误差与其测量上限之比。 工作条件不满足标准条件所造成的误差。4. 附加误差5. 引用误差和准确度级仪表的引用误差用来评价仪表的准确程度。仪表最大引用误差不能超过该仪表准确度级的百分数。第4页，共25页。 当仪表示值大到仪表上限时，测量结果的相对误差限才等于仪表准确度等级的百分数，

3、否则就要大于它。即被测量越小，测量结果的相对误差越大。因此，要求被测量的值应大于其测量上限的2/3。由前式所以仪表在示值x处的相对误差限为指示仪表的准确度等级有：0.05，0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0第5页，共25页。第2节 机电式指示仪表的一般结构原理一、结构方框图测量线路测量机构xy被测量基本量测量偏转角测量线路：其作用是把被测量 x 转换成测量机构可以 接受的中间电量 y（称为基本量测量）测量机构：由电磁作用将基本量测量转换成机械偏转固定部分：电磁元件（线圈、永久磁铁等)、轴支架、 游丝、读数装置、调零装置等。二、测量机构的组成可动部分：动圈、轴、指

4、针、平衡锤等。可动部分 用轴尖轴承或张丝支撑。第6页，共25页。1. 驱动力矩 电磁元件吸收被测电路的电磁能量，产生电磁力矩，该驱动力矩作用于转轴，进而产生机械偏转。 设电磁机构中由基本量测量y产生的电磁能量为A，使可动部分偏转的驱动力矩为 Ma ，则由虚位移作功原理，得到三、测量机构的力矩机电式仪表按产生驱动力矩的不同分类磁电系 电压表 电流表电磁系 电压表 电流表电动系 电压表 电流表 功率表感应系 电度表 静电系 电压表第7页，共25页。2. 反抗力矩 由反抗力矩Mf来平衡驱动力矩。 一般来说，反抗力矩Mf 的大小与偏转角成正比(比例系数为W)，方向与偏转方向相反 Mf =W 当驱动力矩

5、和反抗力矩达到动态平衡时，有即偏转角 能反映被测量的大小。反抗力矩Mf的产生弹性元件(游丝、张丝、吊丝)电磁机构(流比计式仪表)弹簧游丝产生反抗力矩第8页，共25页。偏转角随时间变化曲线（a）空气阻尼 （b）电磁阻尼作用：改善转动部分的动态特性，2. 阻尼力矩种类：电磁阻尼 空气阻尼 大小与可动部分运动速度成正比； 方向与可动部分运动方向相反。特性：t0第9页，共25页。四、仪表表盘上部分符号及其含义第10页，共25页。磁电系仪表第11页，共25页。第2节 磁电系测量机构一、结构外磁式磁电系仪表的结构1.永久磁铁 2.极掌 3.轴 4.可动线圈 5.圆柱形铁心6.平衡锤 7.游丝 8.指针分为

6、外磁式和内磁式 内磁式磁电系仪表的结构1.磁铁 2.磁轭 3.极掌 4.气隙第12页，共25页。二、工作原理由安培环路定律，电流在磁场中要受到力的作用当 Ma=Mf 时，线圈处于平衡状态，此时有 N I=W , 即其中r轴到线圈边的距离；N线圈匝数；B气隙的磁感应强度；l线圈的有效边长；S线圈的有效面积；通过线圈的磁通；I流过线圈的电流；式中，SI 称为仪表的电流灵敏度。NS铁心NSlrN 磁电系测量机构磁场分布第13页，共25页。结论：磁电系仪表的指针偏转角正比于通过线圈的电流。仪表线圈绕在一个铝框架上。铝框架相当于一个短路环。铝框架中的感应电势铝框架中的电流此电流在磁场中所受力距三、磁电系

7、仪表的阻尼方式除铝框架要受到阻尼外，线圈本身也要受到阻尼力矩R0 和 R 分别为线圈电阻和外电路电阻。第14页，共25页。1.基本量测量 直流电流2.灵敏度 高 电流计可达10-7 A，检流计下限可达10-11 A 3.准确度 高4.频率范围 直流5.功耗 小 6.刻度特性 均匀刻度7.抗外磁场能力 强四、技术性能第15页，共25页。第3节 电磁系测量机构一、结构分为吸引式、排斥式和吸引-排斥式。吸引式电磁系仪表的结构1.指针 2.阻尼翼片 3.动铁心4.固定线圈 5.游丝排斥式电磁系仪表的结构1.游丝 2.阻尼翼片 3.动铁心4.静铁心 5.固定线圈 电磁系测量机构的磁场是由电流产生的，磁场

8、较弱。结构上应有良好的磁屏蔽。第16页，共25页。二、工作原理电磁系测量机构中系统的能量为系统的驱动力矩Ma为当驱动力矩和反抗力矩平衡时， Ma=W，即若 i 为交流电流，则偏转角的平均值为第17页，共25页。三、技术性能1.基本量测量 电流有效值2.灵敏度 低 3.准确度 低4.功耗 大5.刻度特性 不均匀6.频率范围 直流、工频几百赫兹7.抗外磁场能力 弱 与被测电流的平方成正比 与自感随偏转角的变化率成正比电磁系测量机构 的偏转角 为了改善刻度的非线性，在结构上采用特殊形状的铁心，使dL/d的变化呈某种非线性，用以补偿标尺刻度的平方关系，使标尺在10%100%之间基本均匀。电流的平方关系

9、 dL/d的关系；由刻度特性实现 刻度特性的非线性第18页，共25页。第3节 电动系测量机构一、结构 电动系测量机构结构1.固定线圈 2.可动线圈 3.阻尼翼片 4.空气阻尼箱 5.轴 6.游丝 7.指针固定线圈用来产生磁场。 固定线圈分为两部分， 目的是获得较均匀的磁场。可动线圈在磁场中受力。 （与磁电系测量机构的动圈作用相同） 若将固定线圈绕在铁心上，构成铁磁电动系仪表。 铁磁电动系仪表磁场强，转矩大。但磁滞和涡流损耗造成准确度不高，多用于安装式仪表。第19页，共25页。二、工作原理系统的电磁能量L1、L2为常数，M12为 的函数，所以测量机构用游丝产生反抗力矩。平衡时，W =Ma ，得到

10、驱动力矩FFI1I2B电动系测量机构的可动部分的偏转角与两电流的乘积成正比。第20页，共25页。当两电流为正弦时，设则 对于正弦交流，偏转角与两电流的有效值及它们相位余弦的乘积成正比。三、技术特性1.基本量测量 两电流有效值及它们之间余弦的乘积。由 此可构成电压表、电流表、功率表、相位表。1.灵敏度 较高 2.准确度 较高 可达0.1级第21页，共25页。3.频率范围 直流、工频几千赫兹4.功耗 大 5.刻度特性 对于功率测量，刻度均匀； 对于电压、电流测量，刻度不均匀。6.抗外磁场能力 弱静电系测量机构感应系测量机构(略)。(电能的测量一章里讨论)。第22页，共25页。第4节 比率型仪表的测量机构 有一些量，与电压、电流的大小无关，而仅与其比例有关（如电阻），或是一无量纲的纯数字（如功率因数)。但其测量机构要利用电压、电流方可产生电磁力矩。这类仪表称为比率型仪表，或称为流比计。一、磁电系流比计结构基本同磁电系。气隙间的磁场不均匀；无游丝；两个可动线圈，产生的力矩相反。 与电压或电流之比有关 与电压电流的大小无关比率型仪表的基本量测量第23页，共25页。当 12 时，若线圈1、2流